背景：按照自然資源部要求，2018年7月1日后，自然資源系統(tǒng)將全面使用2000國(guó)家大地坐標(biāo)系；自2019年1月1日起，全面停止向社會(huì)提供1954年北京坐標(biāo)系和1980西安坐標(biāo)系基礎(chǔ)測(cè)繪成果。

CGCS2000定義示意圖

作者通過(guò)兩年多的培訓(xùn)班授課，與一線從業(yè)人員做了大量交流和研討，總結(jié)了CGCS2000坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的若干重點(diǎn)問(wèn)題與解決方法，基本涵蓋了生產(chǎn)實(shí)踐中的具體問(wèn)題。

現(xiàn)將一些思考和心得記敘如下：

1、不是一個(gè)軟件就能解決問(wèn)題

測(cè)繪相關(guān)行業(yè)的從業(yè)人員涉及到的專業(yè)主要包括：大地測(cè)量、工程測(cè)量、導(dǎo)航、遙感、GIS，甚至計(jì)算機(jī)專業(yè)。當(dāng)前，遙感和GIS專業(yè)很實(shí)用、很熱門。但是，無(wú)論如何，大地測(cè)量專業(yè)都是測(cè)繪行業(yè)的基石。了解和掌握一些大地測(cè)量基礎(chǔ)知識(shí)，可以在生產(chǎn)實(shí)踐中做到心中有數(shù)。

與遙感和GIS專業(yè)偏重于軟件應(yīng)用和開(kāi)發(fā)不同，大地測(cè)量是一門科學(xué)。而大地測(cè)量最重要、最基礎(chǔ)、最難的內(nèi)容就是基準(zhǔn)，以及基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換問(wèn)題。主要包括：坐標(biāo)基準(zhǔn)、高程基準(zhǔn)、重力基準(zhǔn)。遙感和GIS專業(yè)的一線從業(yè)人員習(xí)慣于用軟件解決問(wèn)題。學(xué)習(xí)CGCS2000坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的目的也很直接，就是獲得一個(gè)軟件，并學(xué)會(huì)使用。

軟件我們當(dāng)然會(huì)拷貝給學(xué)員，而且是永久性的免費(fèi)使用。然而，與以往不同。由空間測(cè)量技術(shù)實(shí)現(xiàn)的高精度地心坐標(biāo)必須考慮板塊運(yùn)動(dòng)影響，同時(shí)也大幅度增加了坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的復(fù)雜性。在實(shí)踐中會(huì)遇到各種各樣的具體情況，并不是一個(gè)軟件就能解決問(wèn)題的。必須深入理解，才能做到舉一反三。

在測(cè)繪行業(yè)中，大地測(cè)量理論難度最大，但無(wú)法回避。對(duì)于不同專業(yè)背景的從業(yè)人員，學(xué)習(xí)大地測(cè)量知識(shí)，可以側(cè)重于知識(shí)體系的構(gòu)建，避免糾纏于具體公式。采用總結(jié)、歸納、分類、比較的方式，盡量做到打消神秘感、理解原理、理順邏輯、解決困惑、掌握應(yīng)用。

2、行業(yè)內(nèi)的兩極分化現(xiàn)象

當(dāng)前，行業(yè)內(nèi)存在明顯的兩極分化現(xiàn)象。一方面，大量專家做著高精尖的科研項(xiàng)目；另一方面，一線從業(yè)人員滿足于采用固定的工作流程完成項(xiàng)目。這兩極存在較嚴(yán)重的隔離現(xiàn)象。

例如坐標(biāo)轉(zhuǎn)換問(wèn)題，我們有很多研究成果，實(shí)際上并不實(shí)用。這樣說(shuō)可能有失偏頗，但是，最起碼這些程序沒(méi)有給大家推廣使用，只是發(fā)表了一些文章。而很多一線從業(yè)人員僅僅就知道個(gè)七參數(shù)轉(zhuǎn)換、四參數(shù)轉(zhuǎn)換，能完成任務(wù)就行。《技術(shù)規(guī)范》給出了8個(gè)經(jīng)典模型，每個(gè)都有自己的特點(diǎn)和適用條件。我們也應(yīng)該有所取舍，不能一個(gè)七參數(shù)模型走遍天下。

控制點(diǎn)轉(zhuǎn)換到2000國(guó)家大地坐標(biāo)系的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模型選取

市面上有很多坐標(biāo)系方面的書(shū)籍和教材，很難找到一本能站在一線從業(yè)人員的角度來(lái)詳細(xì)描述的。一是，大家的很多困惑和問(wèn)題，專家們并不了解。二是，解決這些問(wèn)題不出成果，不能顯示水平。三是，在專家們的意識(shí)里，這根本就不是問(wèn)題，不值得探討。你怎么會(huì)連這些都不懂呢？

如果不是在授課中與大量一線從業(yè)人員的廣泛交流和探討，作者也不可能想象出這么多的實(shí)際存在的、具有普遍性的問(wèn)題。事實(shí)上，經(jīng)過(guò)兩年多的坐標(biāo)系主題授課，作者發(fā)現(xiàn)，要把CGCS2000坐標(biāo)轉(zhuǎn)換講透徹，并不是一件容易的事。其中牽扯到各個(gè)專業(yè)、各種情況、方方面面。具體的問(wèn)題都可以單獨(dú)解決，但要系統(tǒng)化、條理化，讓人聽(tīng)得懂，能靈活運(yùn)用，還真的是剪不斷、理還亂。為了能清晰表達(dá)，還不得不定義了一些新的名詞。這些名詞雖然還沒(méi)有得到官方認(rèn)可，但是隨著作者的推廣，以及大家的普遍使用，也將會(huì)成為約定俗成的說(shuō)法。

當(dāng)然，也有一些培訓(xùn)班會(huì)把《技術(shù)指南》或《技術(shù)要求》照本宣科一遍，這是極不負(fù)責(zé)任的態(tài)度。無(wú)論機(jī)構(gòu)或者個(gè)人，口碑是最重要的。

3、軟件和硬件傻瓜化，人不能傻瓜化

現(xiàn)在的軟件和硬件越來(lái)越智能化，也可以稱為傻瓜化。軟件和硬件的傻瓜化，也會(huì)直接導(dǎo)致人的傻瓜化。

例如，以前測(cè)地形圖，需要布設(shè)控制網(wǎng)、測(cè)量圖根點(diǎn)，還需要測(cè)量每個(gè)細(xì)部，然后還要內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理、成圖�，F(xiàn)在只需要用RTK和無(wú)人機(jī)就可以很方便的完成任務(wù)。一個(gè)沒(méi)有學(xué)過(guò)測(cè)量的人，也完全可以勝任大部分工作。遙感和GIS專業(yè)也存在這種問(wèn)題，經(jīng)過(guò)短時(shí)間培訓(xùn)就能熟練使用軟件，懂不懂測(cè)繪好像也無(wú)關(guān)緊要。這些從很多學(xué)員提的外行問(wèn)題中可以明確感覺(jué)到。

這就導(dǎo)致很多公司不愿意花更多的成本聘請(qǐng)專業(yè)人員。他們把CGCS2000坐標(biāo)轉(zhuǎn)換也看作是一個(gè)軟件的問(wèn)題�；ㄥX報(bào)個(gè)培訓(xùn)班，派兩個(gè)熟練工，學(xué)兩天就要回去解決問(wèn)題。這是不可能的，也不利于長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展，對(duì)整個(gè)行業(yè)也是一種傷害。

再例如，很多軟件可以直接用重合點(diǎn)的xyH坐標(biāo)（平面坐標(biāo)和高程）來(lái)求布爾莎七參數(shù)。但實(shí)際上用xyH坐標(biāo)是不能直接求出布爾莎七參數(shù)的。在后臺(tái)，軟件用中央子午線將xyH坐標(biāo)變成了BLH或XYZ坐標(biāo)，然后才求出布爾莎七參數(shù)。但是這樣就會(huì)給大家?guī)��?lái)誤解，在求七參數(shù)時(shí)產(chǎn)生很多困惑。這是一個(gè)非常普遍的問(wèn)題。

因此，軟件和硬件可以傻瓜化，人不能傻瓜化。應(yīng)該保持對(duì)專業(yè)的尊重，重視對(duì)原理的理解。

4、一些容易混淆的概念

在我們的教材和課堂中，還在給大家講著CIO和格林尼治天文臺(tái)這些古典概念。事實(shí)上，我國(guó)從來(lái)沒(méi)有使用過(guò)CIO�，F(xiàn)代的地心坐標(biāo)系使用的是IERS參考極IRP和IERS參考子午線IRM。

還有坐標(biāo)系的尺度問(wèn)題。為什么ITRF使用的是地球時(shí)TT，而CGCS2000使用的是地心坐標(biāo)時(shí)TCG？尺度為什么由時(shí)間來(lái)定義？

CGCS2000的參考?xì)v元是2000.0，這個(gè)2000.0怎么來(lái)的？如何計(jì)算？和J2000.0有關(guān)系嗎？

歷元?dú)w算與框架轉(zhuǎn)換

這些概念在很多書(shū)中只是簡(jiǎn)單羅列了一下概念，并沒(méi)有給出明確和易于理解解釋�？雌饋�(lái)都很熟悉，其實(shí)不知道是怎么回事。

就連動(dòng)態(tài)坐標(biāo)系中最基礎(chǔ)、最重要的歷元和速度場(chǎng)的概念，大部分從業(yè)人員甚至都沒(méi)聽(tīng)說(shuō)過(guò)。

還有一個(gè)，我們現(xiàn)在關(guān)心的和迫切要解決的是生產(chǎn)中的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換問(wèn)題。但是很多培訓(xùn)班一上來(lái)就給大家講天球參考系，又是歲差，又是章動(dòng)的。我們做的是地球上的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，天球參考系是研究衛(wèi)星軌道時(shí)才用的。要說(shuō)拓展知識(shí)面吧，關(guān)鍵是很多人對(duì)地球參考系還稀里糊涂的，他會(huì)把天球參考系和地球參考系的概念混淆。就不止一個(gè)人問(wèn)過(guò)我，地心坐標(biāo)的歷元?dú)w算是不是歲差引起的？

況且，天球參考系也是一個(gè)過(guò)時(shí)的、古典的概念�，F(xiàn)在使用的是與地球本體無(wú)關(guān)的四維時(shí)空參考系，其定義與天極、赤道、黃道都無(wú)關(guān)。

5、西部地區(qū)的特殊性

很多理論和方法在東部地區(qū)可以很好的實(shí)現(xiàn)，但是到了西部地區(qū)就會(huì)出問(wèn)題。除了自然條件以外，往往不是人的水平問(wèn)題，高程因素是一個(gè)重要原因。

例如獨(dú)立坐標(biāo)系投影,用不同軟件投影出來(lái)的平面坐標(biāo)不同，差異隨抵償高程面的增加而變大，在西藏甚至差10米。

另外，在西藏，在中央子午線一致的前提下，加了抵償高程面和沒(méi)加抵償高程面的平面坐標(biāo)x值相差接近3公里。

再例如，在ArcGIS的布爾莎七參數(shù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換過(guò)程中，轉(zhuǎn)換精度和測(cè)區(qū)平均大地高相關(guān)。西藏地區(qū)僅因大地高而引起的平面坐標(biāo)轉(zhuǎn)換誤差就可能超過(guò)10cm。

這些都是客觀存在的問(wèn)題。我們首先應(yīng)該承認(rèn)它，直面這些問(wèn)題，給出理論解釋，提出解決方案。雖不能改變現(xiàn)狀，但能打消大家的疑惑，做到心中有數(shù)，進(jìn)而靈活處理問(wèn)題。

6、常常被忽視的高程轉(zhuǎn)換

遙感和GIS專業(yè)更多的處理的是平面地圖，對(duì)于高程經(jīng)常是一知半解，甚至認(rèn)為XYZ坐標(biāo)中的Z值就是高程！

高程具有區(qū)域性和復(fù)雜性特點(diǎn)。有不同的高程系統(tǒng)，還有不同的基準(zhǔn)。85基準(zhǔn)高程還有"99水準(zhǔn)網(wǎng)"和"15水準(zhǔn)網(wǎng)"兩種不同的實(shí)現(xiàn)版本。不了解這些概念的話，就會(huì)出現(xiàn)諸如：為什么千尋測(cè)出的高程差好幾米？這樣的問(wèn)題。

高程具有區(qū)域性和復(fù)雜性特點(diǎn)

高程轉(zhuǎn)換的復(fù)雜程度并不比坐標(biāo)系少。如果精度要求不高，就不需要測(cè)水準(zhǔn)，直接用程序計(jì)算高程異常。

7、莫名其妙的54坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換

按照《技術(shù)要求》，北京54坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到CGCS2000坐標(biāo)分兩步走：北京54坐標(biāo)先轉(zhuǎn)換為西安80坐標(biāo)，再把西安80坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為CGCS2000坐標(biāo)。

按照《技術(shù)指南》，北京54坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到西安80坐標(biāo)也需要分兩步：首先計(jì)算大地坐標(biāo)改正量，然后計(jì)算平差改正量。用這兩個(gè)改正量就可以將北京54坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到西安80坐標(biāo)。

坐系參數(shù)

僅依據(jù)《技術(shù)要求》和《技術(shù)指南》根本無(wú)法理解這個(gè)莫名其妙的轉(zhuǎn)換流程，原因在于這兩個(gè)文件中都沒(méi)有提及"1954北京坐標(biāo)系（整體平差轉(zhuǎn)換值）"這個(gè)坐標(biāo)系。引入這個(gè)坐標(biāo)系以后，整個(gè)轉(zhuǎn)換過(guò)程就非常清晰了。

明白了原理，解決了困惑，這樣還不夠。用戶往往不具備資源條件，例如現(xiàn)在很難找到諸如平差改正數(shù)分布圖這些資料了。因此，我們還需要提出可行的解決方案。

8、令人糾結(jié)的WGS84坐標(biāo)系

大量文獻(xiàn)中都探討了WGS84坐標(biāo)系，并與CGCS2000坐標(biāo)系做了詳細(xì)比較。但是于事無(wú)補(bǔ)，我們想知道WGS84坐標(biāo)與CGCS2000坐標(biāo)到底差多少？關(guān)于這個(gè)問(wèn)題，各種說(shuō)法都有。有些網(wǎng)絡(luò)RTK給用戶既提供WGS84坐標(biāo)，也提供CGCS2000坐標(biāo)。有些WGS84坐標(biāo)與CGCS2000坐標(biāo)差幾十公分，有些則很接近。WGS84坐標(biāo)與CGCS2000坐標(biāo)的差異不能一概而論，需要從歷元、框架、精度和實(shí)現(xiàn)四個(gè)方面去比較，就可以得到明確的結(jié)論了。

WGS84坐標(biāo)系與北斗坐標(biāo)系并沒(méi)有本質(zhì)區(qū)別，為什么北斗坐標(biāo)系不存在這些問(wèn)題呢？這又是一個(gè)歷史的誤會(huì)。

過(guò)去把GPS測(cè)得的坐標(biāo)都叫做WGS-84坐標(biāo)，這種觀念在早期碼偽距單點(diǎn)定位時(shí)是正確的。而且由于其十米多的定位精度，也不需要考慮坐標(biāo)的時(shí)變性。后來(lái)發(fā)展了高精度的相對(duì)定位和精密單點(diǎn)定位技術(shù)，這時(shí)解出的坐標(biāo)已經(jīng)不是WGS-84坐標(biāo)了。但是這種觀念和習(xí)慣一直延續(xù)至今。

WGS-84坐標(biāo)如何轉(zhuǎn)換到CGCS2000坐標(biāo)？也不能一概而論，你必須先了解你的WGS-84坐標(biāo)是如何得到的。或者通過(guò)與CGCS2000坐標(biāo)比較，推斷出WGS-84坐標(biāo)的歷元。最起碼要保證一組WGS-84坐標(biāo)是同一時(shí)期的坐標(biāo)。這樣才能合理選擇采用動(dòng)態(tài)或靜態(tài)的方法轉(zhuǎn)換。而《技術(shù)規(guī)范》里關(guān)于WGS-84坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的敘述有明顯錯(cuò)誤。

CGS2000橢球與GRS80和WGS84橢球推導(dǎo)幾何參數(shù)比較

WGS-84坐標(biāo)與CGCS2000坐標(biāo)到底是什么關(guān)系？很簡(jiǎn)單，CGCS2000坐標(biāo)是約定了歷元和框架的ITRS坐標(biāo)，WGS-84坐標(biāo)則是沒(méi)有約定歷元和框架的ITRS坐標(biāo)。同北斗坐標(biāo)系一樣，WGS-84坐標(biāo)系只是一個(gè)衛(wèi)星導(dǎo)航坐標(biāo)系。

9、在學(xué)習(xí)中要有批判精神

現(xiàn)在的一些期刊、教科書(shū)，甚至規(guī)范中也存在錯(cuò)漏和不合理之處。我們?cè)趯W(xué)習(xí)中一定要有批判精神，不能全信。有時(shí)候可能并不是你自己的錯(cuò)，但是只有自己搞懂了，才能心中有數(shù)、靈活處理。

某些資料中提到，西安80坐標(biāo)轉(zhuǎn)到CGCS2000坐標(biāo)，橢球面積每平方公里應(yīng)該減小0.939平方米。這個(gè)結(jié)論是用橢球面積公式計(jì)算出來(lái)的，只考慮了橢球大小變化對(duì)面積的影響，沒(méi)有考慮橢球的徑向平移，也沒(méi)有考慮尺度縮放。因此，沒(méi)有參考價(jià)值。事實(shí)上有些地方是每平方公里增加9平方米。這就需要一個(gè)更合理的估算公式。

在分丘圖、宗地圖、房屋平面圖的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換中，要求坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到CGCS2000后面積不能改變。但是無(wú)論是坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，還是實(shí)測(cè)CGCS2000坐標(biāo)，面積必然會(huì)改變。那么只能犧牲精度來(lái)實(shí)現(xiàn)等面積轉(zhuǎn)換了。

按照《技術(shù)規(guī)范》要求，動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)，應(yīng)該先做歷元?dú)w算，后做框架轉(zhuǎn)換。對(duì)于2020.0歷元的坐標(biāo)，如果先做框架轉(zhuǎn)換，后做歷元?dú)w算，就會(huì)發(fā)現(xiàn)兩種不同轉(zhuǎn)換順序得到的坐標(biāo)差約10cm。從邏輯上看，兩個(gè)動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換順序都沒(méi)有問(wèn)題。那么，這10cm差異從哪里來(lái)？

速度是用坐標(biāo)擬合出來(lái)的，因此速度也有對(duì)應(yīng)的參考框架�！都夹g(shù)規(guī)范》里的速度場(chǎng)模型忽略了速度的參考框架。就會(huì)導(dǎo)致這10cm的差異。

結(jié)束語(yǔ)：

CGCS2000坐標(biāo)轉(zhuǎn)換千頭萬(wàn)緒，會(huì)有各種情況。限于篇幅，這里只能列出一些普遍的共性問(wèn)題。總之，只有理解原理，才能舉一反三。